在GIS平台上建立供水管网水力模型的方法

1 现行供水管网水力模型建模的方法和问题

现在我国各地水司纷纷建立各自的ＧＩＳ平台，但使用情况不是很理想。不是ＧＩＳ技术不成熟，而是卡在建立供水管网水力模型这一问题上。现行的供水管网水力模型建模的方法主要分成以下三步：

１．１相关管网信息数据提取和输出：根据需要将ＧＩＳ平台中管网信息数据有选择的导出到一种外部数据库（ＤＢＡＳＥ、Ａｃｃｅｓｓ、ＳＱＬ等等数据库模式）中，作为管网水力分析程序的输入数据，等待进行水力分析。

１．２数据处理和计算：利用各种水力建模软件（如Ｅｐａｎｅｔ、Ｉｎｆｏｗｏｒｋｓ、同济宏扬等）设置必要的初始条件，进行延时水力模拟计算。计算前根据所使用的水力建模软件的需要，要对ＧＩＳ平台输出的数据进行相应的处理，以转换成水力建模软件能识别的

数据格式。

１．３数据导入和表达：将计算结果导回

ＧＩＳ平台，利用ＧＩＳ平台显示模块进行表达。

现在最流行的几种ＧＩＳ开发平台利用了

各种先进的技术手段想利用ＧＩＳ直接建立

供水管网微观动态水力模型，但只要仔细

研究会发现它们还是使用着老模式：提取

输出所要分析的管网数据，数据处理和计

算，结果反馈和表达。这种模式的问题是：

１．４数据传输过程较多，容易产生数据

丢失，严重影响计算精度。要避免这个问题

只有在各个数据传输过程都加入数据自检

步骤，这又导致计算过程烦琐，严重影响计

算效率；

１．５其次由于数据无法自动同时更新，

ＧＩＳ平台中数据每发生一点变化都需要重

新进行管网建模。这意味着管网建模时间

要尽可能短！否则整个系统会因反映迟缓

而不具任何实际意义。

2 问题的解决方法和途径

通过对目前几种最流行的ＧＩＳ开发平

台建立供水管网微观动态水力模型方法的

研究，我发现无论是直接建模，还是间接建

模，都忽略了一个关键性问题：如何选取你

所要的管网信息数据。通过对管网数据加

权可很好的解决这一问题。

我武水集团所使用的龙泉管网信息系

统是基于ＯＲＡＣＬＥ关系数据库及西门子

ＳＩＣＡＤ／ｏｐｅｎ平台的开放式管网ＧＩＳ系统，

要想利用ＧＩＳ平台直接建立供水管网微观

动态水力模型需要开发设计：数据管理、数

据选取，数据输入和检查、节点流量分配、

水力计算、数据反馈和表达等六个新的功

能模块，技术流程图如图１所示：

2.1数据管理

水力模型是建立在供水管网上的动态

系统，随时间变化，需要分时段。它又是对

ＧＩＳ平台进行简化和抽象，以提高计算速

度。因此建立水力模型首先要进行数据分

析。我公司ＧＩＳ平台采取的数据库是

ＯＲＡＣＬＥ关系数据库，可在高级Ｃ语言环境

下开发ＯＲＡＣＬＥ库接口，多采用ＳＱＬ语句开

发出满足各种需求的优化应用程序，但缺

点是应用程序所使用的数据无法移植（数

据共享功能比较单一）。为此我们需开发出

一个数据管理模块，用来处理数据分析，建

立水力模型相关数据库。下表是数据库结

构设计表（如表１）：

2.2数据选取

我们知道城市供水管网非常庞大，不

可能每次建立水力模型都将所有数据全部

代入水力模型，否则计算将变得非常困难。

因此如何选取我们所需要的管网数据是建

立水力模型的关键。对此需要开发专门的

数据选取模块来满足需求。其工作原理是

将ＧＩＳ平台中每项数据填加一个标签项，参

与水力建模的标签项设为“１”，不参与水力

建模的标签项设为“０”。

２．２．１节点的选择：一般进行拓扑分

析，与被选择的管线连接的所有节点都进

入水力模型。对节点的水力分析的关键是

区分节点水流方向和节点流量。

２．２．２管线的选择：一般水力建模前都

要确定参与水力模型的最小管径，然后进

行拓扑检查，防止出现错误。这种方法最大

的问题是在局部管网建模时，如果不清楚

来水管线和回水管线，所建立的水力模型

往往与实际有很大的误差。所以我个人认

为，在水力建模前要对管线加以标注，以区

分来水、回水后再确定参与水力模型的最

小管径以避免水力模型失真。

２．２．３闸门的选择：传统水力建模方法

认为闸门不进行操作，除水厂或加压泵站

在GIS平台上建立供水管网水力模型的方法探讨

胡炯

(武汉水务集团汉阳供水部管线所湖北武汉430050)

摘要:在GIS平台上建立供水管网水力模型是GIS技术真正能运用起来的关键,建立供水管网水力模型的方法是首先将GIS平台中的管网信息输出到外部数据库,再利用水力建模软件进行处理和计算,再将结果反馈回GIS平台进行表达。本文通过对这种水力建模方法的探讨,对GIS平台的运用提出新的看法,希望能对我公司水力建模有所帮助。

关键词:GIS 供水管网水力模型空间分析

图1技术流程

表1

作者简介：胡炯；性别：男；学历：大学本科；职务：管线所技术员。

(下转8页)

摇摆振动特征吸收峰。

比较图１、图２与图３可以看出，在图３

中，１２６１．１３ｃｍ－１处的吸收为Ｓｉ－（ＣＨ

３）

２

的对

称变形振动特征吸收峰；１０９０．９３ｃｍ－１、１０２４．６０ｃｍ－１处的吸收为Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ的伸缩振动特征吸收峰；８００．２３ｃｍ－１处的吸收为Ｓｉ－

（ＣＨ

３）

２

的平面摇摆振动特征吸收峰；１６３６．

７７ｃｍ－１处的吸收为双键碳碳伸缩振动特征吸收；说明硅油和甲基丙烯酸中双键的特征吸收峰仍然存在。１６９７．２４ｃｍ－１处酸中碳氧双键伸缩振动特征吸收峰消失；１７０７．６６ｃｍ－１处出现了酯中碳氧双键伸缩振动特征吸收峰。证明羟基硅油和甲基丙烯酸直接酯化生成甲基丙烯酸有机硅酯。

2.2羟基硅油、甲基丙烯酸甲酯与有机硅酯红外谱图分析与比较

图４为甲基丙烯酸甲酯的红外光谱图，图中１７２５．２６　ｃｍ－１处的吸收为酯中碳氧双键伸缩振动特征吸收峰；１６３８．９３ｃｍ－１处的吸收为碳碳双键伸缩振动特征吸收峰。

比较图１、图４与图３可以看出，在图３中，

１２６１．１３ｃｍ－１处的吸收为Ｓｉ－（ＣＨ

３）

２

的对称变

形振动特征吸收峰；１０９０．９３ｃｍ－１、１０２４．６０ｃｍ－１处的吸收为Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ的伸缩振动特征

吸收峰；８００．２３ｃｍ－１处的吸收为Ｓｉ－（ＣＨ

３）

２的

平面摇摆振动特征吸收峰；１６３６．７７ｃｍ－１处的吸收为双键碳碳伸缩振动特征吸收；说明硅油和甲基丙烯酸甲酯中双键的特征吸收峰仍然存在。１７２５．２６ｃｍ－１处酯中碳氧双

键伸缩振动特征吸收峰消失；１７０７．６６ｃｍ－１

处出现了酯中碳氧双键伸缩振动特征吸收

峰。证明羟基硅油和甲基丙烯酸甲酯通过

酯交换生成甲基丙烯酸有机硅酯。

2.3甲基丙烯酸有机硅酯合成工艺路线的

确定

取适量酯交换反应的产物以及酯化反

应的产物绘制红外谱图。酯交换和酯化反

应产物分别平行测定三次，然后计算酯基

峰与硅甲基峰的峰高比，结果如表１。

通过酯交换反应与酯化反应的红外光

谱图的峰高比的比较，可以得出酯交换反

应的峰高比远远小于酯化反应的峰高比，

确定直接酯化制备甲基丙烯酸有机硅酯为

最佳工艺路线。

3 结论

原料和产物红外谱图分析结果说明了

酯交换反应与酯化反应两种工艺均能制备

甲基丙烯酸有机硅酯；定量比较两种工艺

合成有机硅酯红外谱图中酯基碳氧双键伸

缩振动特征吸收峰的强度，确定直接酯化

为最佳的合成工艺。

参考文献

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的闸门进入水力模型外，其他闸门不做考虑。但现实情况中闸门的工作状态对管网水力分析有很大的影响，所以我们主张水力建模时要考虑闸门工作状态，根据闸门的开启度来选择闸门是否进入水力模型。

２．２．４其它设施的选择：一般除水力控制阀外不参与水力模型。

２．２．５水源的选择：与被选择的管线连接的所有水池、水泵都可看作是水源参与水力模型。

2.3数据输入和检查

由于建立水力模型是在ＯＲＡＣＬＥ关系数据库的外部，要将动态数据输入需要设计一个外部接口模块以充当两者间应用网关，才能将外部数据依据数据的属性自动分配到不同的层中。为保证输入数据的质量和精度，并且避免因原始资料缺失或不全造成的输入失败，我们还要填加数据检查功能，预设部分缺省值，才能保障数据输入成功。

2.4节点流量的分配

在水力模型进行计算前，要进行节点流量的分配。因为部分设施是不参与水力建模的（例如水表等），所以我们要将这部分

设施信息移到附属管线上去，再判断这条

管线是否参与水力建模，如果不参与还要

移到参与水力建模的管线上去。此时设施

信息由附属管线改为了附属节点（前节点

或后节点都行），节点的用水量也变成了附

属于它的所有设施流量的累计流量。这个

工作可由节点流量分配模型自动进行。

2.5水力计算

当管网和节点流量确定后，只需根据

实际供水管网调度数据就可进行水力平差

计算了。因为现在有不少公开的水力建模

模块（如Ｅｐａｎｅｔ），在这里就不再对水力平差

计算公式和原理方法进行讨论了。根据实

际需求，选择这些公开的水力建模模块中

的一种集成到我们的系统中。

2.6结果反馈和表达

根据水力计算结果，利用ＧＩＳ平台强大

的表述功能，我们可直接绘制自由水压等

压面图、供水区域分布图和水质分布图。

3 结论和展望

通过上面的探讨，我们对供水管网水

力建模有了一个大致的了解。通过数据管

理、数据选取、数据输入和检查、节点流量

的分配、水力计算、结果反馈和表达等六个

模块的开发与设计，我们可成功运用ＧＩＳ平

台直接建立供水管网水力模型。在开发设

计中要注意：１．操作界面简单统一，无论输

入数据、检查数据、水力计算还是演示结果

最好能直接在ＧＩＳ平台上进行，这样不仅操

作简单方便，而且还能充分发挥ＧＩＳ平台功

能；２．注重数据选取，提高数据利用功率，

使数据安全性和完整性得到最大的保障。

参考文献

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